Verfahren zur Synchronisation eines Taktgenerators, insbesondere Taktgenerators einer digitalen Fernsprechvermittlungsstelle

Abstract

 Bei kurzzeitigem Ausfall des Referenztaktes (fr) wird der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) der Phasenregelschaltung (PLL), dessen Ausgangstakt den Takt des Taktgenerators bestimmt mit der bis dahin gültigen Stellwertspannung weiter betrieben. Bei der Wiederkehr des Referenztaktes wird erneut die Phasen­differenz zwischen Referenztakt (fR) und Ausgangstakt (fn) des Oszillators gemessen und mit dem Wert der vor dem Wegfall des Referenztaktes gültigen entsprechenden Phasendifferenz korri­giert. Der korrigierte Wert wird der wiederausgenommenen Frequenz­regelung zugrundegelegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Bei sychronen digitalen Fernmeldevermittlungsnetzen werden die einzelnen Vermittlungsstellen von einer zentralen Normalfrequenz­anlage aus synchronisiert, die sich in der höchsten Hierarchie­stufe des Netzes befindet. Die zentralen Taktgeneratoren der einzelnen digitalen Vermittlungsstellen werden daher auf eine Referenzfrequenz aufsynchronisiert, die von einem Netzknoten höherer oder gleicher Ordnung gesendet wird, wobei vorgesehen ist, die Referenzfrequenz jeweils auch über einen Ersatzweg im Netz bereitzustellen, auf den bei Störungen automatisch umgeschaltet werden kann.

[0003] Die Übertragung der Referenzfrequenzen erfolgt dabei über be­stehende Digitalsignalverbindungen zu den betreffenden Vermitt­lungsstellen, wo sie aus den ankommenden Digitalsignalströmen extrahiert werden. Die Referenzfrequenzen sind demnach mit hoch­frequenten und niederfrequenten Phasenschwankungen (Jitter und Wander) behaftet.

[0004] Die Phasenregelschaltungen der zentralen Taktgeneratoren in den einzelnen Vermittlungsstellen, die das Aufsynchronisieren auf eine Referenzfrequenz besorgen, sind dabei so geartet, daß sie die hochfrequenten periodischen Phasenschwankungen (Jitter) eli­minieren, die niederfrequenten Phasenschwankungen (Wander) dagegen bei der Frequenzregelung des Taktgenerators berücksichtigen, bezüglich der Phasenschwankungen also als Tiefpaß wirken. Die Elimination der hochfrequenten periodischen Phasenschwankungen erfolgt dabei durch Mittelwertbildung über bestimmte Meßzeitspannen.

[0005] Bei längerdauernden Unterbrechungen der an eine Vermittlungs­stelle gelangenden Referenz wird auf eine andere Referenzfre­quenz umgeschaltet, die auf einem oben erwähnten Ersatzweg von einer anderen Vermittlungsstelle her geliefert wird. Sind die Unterbrechungen der Referenzfrequenz nur kurz­zeitig, z.B. kürzer als 2 Minuten, dann wird jedoch auf eine Umschaltung verzichtet und die ursprüngliche Referenzfrequenz nach ihrer Wiederkehr weiter zur Synchronisation verwendet. Während der Zeit des Ausfalls der Referenzfrequenz läuft der Taktgenerator frei, was wegen der relativ hohen Stabilität desselben und der vorausgesetzten kurzen Unterbrechungszeit jedoch nicht zu wesentlichen Synchronisationsfehlern führt. Wegen der erwähnten periodischen Phasenschwankungen kann es jedoch beim Wiedereinschalten zu Phasenversätzen kommen, die sich bei Wiederholung einer solchen Wiederanschaltung akkumu­lieren. Im Zusammenhang mit dem Jitter ist dies dann der Fall, wenn das Wiederauftreten des Referenztaktes zum Zeitpunkt eines Maximums dieser hochfrequenten Phasenschwankung erfolgt, so daß gegenüber dem vor dem Wegfall gültigen Mittelwert ein Phasensprung entsteht. Damit der Wander des Referenztaktes infolge der Unterbrechung und Wiederanschaltung nicht zu einem Synchronisationsfehler führt, muß dafür Sorge getragen werden, daß die im Augenblick der Unterbrechung des Referenztaktes bestehende langzeitige Phasenbeziehung zwischen dem Signal am Ausgang und Eingang des Reglers erhalten bleibt.

[0006] Eine bekannte Schaltungsanordnung, die sowohl dem einen als auch dem anderen Aspekt Rechnung trägt, also für die Aufrechter­haltung der genannten Phasenbeziehung Sorge trägt und ein Ein­rasten der Regelung auf einem Jitterextremwert verhindert, ist in Figur 1 dargestellt. Dem eigentlichen Regler P112 dieser An­ordnung, der die Taktfrequenz fn auf die Referenzfrequenz fR aufsynchronisiert, ist ein zweiter Regler P111 vorgeschaltet, dessen Aufgabe es ist, den hochfrequenten Jitter des Referenz­taktes fR auszufiltern. Die Anordnung zeigt ferner eine Reihe von Frequenzteilern, die dazu führen, daß bei einer Ausgangs­frequenz fn von 4096 kHz der Phasenvergleich durch den Regler P111 bei 4 kHz und der Phasenvergleich durch den Regler P112 bei 64 kHz durchgeführt wird. Bei Ausfall des Referenztaktes fR wird der Regler P112 mit Hilfe des Schalters S kurzge­schlossen, so daß sich während der Ausfallzeit die Phasenlage am Reglerausgang nicht ändert.

[0007] Mit Hilfe dieser Anordnung ist zwar die Entstehung eines wegen des Wanders des Referenztaktes möglichen Fehlsynchronisierung weitgehend vermieden, beim Rückschalten in den Normalzustand dieser Anordnung entsteht jedoch aufgrund des Jitters ein Rast­fehler von hier 1/4096 kHz = 244 ns, der wegen der unter­schiedlichen Freilaufeigenschaften der beiden Phasenregelkreise P111 und P112 vorzugsweise in eine Richtung tendiert, bei mehr­maliger Wiederholung der Umschaltvorgänge also zu einer Akkumu­lation führt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Synchronisation eines Taktgenera­tors der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß solche Fehler im Falle des Ausfalls und Wiederauftretens der Referenz weitgehend vermieden werden.

[0008] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0009] Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.

[0010] In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 die schon erwähnte bekannte Anordnung zur Taktsynchroni­sation.

Figur 2 eine Anordnung zur Taktsynchronisation, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.

Fig. 3 und 4 Zeitdiagramme zur Veranschaulichung des Rastfehlers bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2.

[0011] Durch einen Frequenzteiler FT der Anordnung gemäß Figur 2, wird der Referenztakt fR, auf den die von einem spannungsgesteuerten Oszillator VCO abgegebene Taktfrequenz fn synchronisiert werden soll, auf eine Frequenz von 2 kHz heruntergeteilt und dem einen Eingang eines Phasendiskriminatos PD zugeführt. An den anderen Eingang des Phasendiskriminators gelangt die von einer Takt­frequenz von 4096 kHz durch einen weiteren Frequnzunter­setzer VZ auf ebenfalls 2 kHz herunter geteilte Frequenz.

[0012] Der erwähnte Phasendiskriminator PD, der spannungsgesteuerte Oszillator VCO mit einem ihm vorgeschalteten Digital/Analog-­Wandler DAC und ein Mikroprozessor MP bilden einen Phasen­regelkreis PLL, dessen in Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgende Arbeitsweise nachstehend näher erläutert wird:

[0013] Über einen Regelzyklus von beispielsweise 8,192 Sekunden wird mit Hilfe des Mikroprozessors MP eine Phasenmittelung der durch den Phasendiskriminator PD festgestellten Phasenunterschiede zwischen dem Referenztakt fR und dem Takt fn vorgenommen, um den Jitter des Referenztaktes fR auszufiltern. Der Mittelwert, der sich bei einem solchen Regelzyklus dabei ergibt, wird im störungsfreien Fall über den nachfolgenden Zyklus hinaus im Mikroprozessor MP gespeichert.

[0014] Aufgrund der niederfrequenten Phasenschwankungen des Referenz­taktes bzw. aufgrund von Phasenunterschieden, die sich dadurch einstellen, daß die vom spannungsgesteuerten Oszillator VCO abgegebene Taktfrequenz fn von der Frequenz des Referenztaktes fR abweicht, ermittelt der Mikroprozessor MP einen Stellwert für den Oszillatoir VCO, der der aktuellen Phasenbeziehung entspricht.

[0015] Fällt nun der Referenztakt aus, so wird der bis dahin aktuelle Stellwert beibehalten, so daß sich der Phasenwert der Takt­frequenz fn nicht verändert. Es bleibt ferner der vorerwähnte gemittelte Phasenwert der letzten abgeschlossenen Meßperiode gespeichert.

[0016] Wenn der Referenztakt innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zurückkehrt, was einen Verzicht auf die Umschaltung auf eine andere Referenzfrequenz rechtfertigt, dann wird der Phasen­ diskriminator auf Mitte gesetzt und ein Meßzyklus auf T gestar­tet, der so lang ist, daß die in ihm ermittelte aktuelle Phasenabweichung des Taktges fn vom Referenztakt f_R einen genü­gend kleinen Restfehler entsprechend der Übertragungsfunktion der Mittelwertbildung H = 1/(   . T .f . j) aufweist. Der Wert dieser Phasenabweichung wird nun um den Wert der bis zum Wegfall des Referenztaktes ermittelten Phasenabweichung, der, wie ange­geben, gespeichert worden war, korrigiert. Dieser korrigierte Wert wird dann dem weiteren Regelprozeß als Offset-Wert zugeordnet.

[0017] Wie ein Vergleich der Figuren 3 und 4 zeigt, in denen im Falle der Figur 3 die Auswirkungen des erwähnten Rastfehlers über einen Verlauf von ca. 50 Stunden bei Referenztaktunterbrechungen von jeweils 90 s im Abstand von 4 Stunden dargestellt ist und im Falle der Fig. 4 unter den gleichen Voraussetzungen die Verhältnisse bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Meßzyklus von 16,3845 dargestellt sind, ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine ganz beträchtliche Verringerung des akkumulierten Fehlers.

Ansprüche

Verfahren zur Synchronisation eines Taktgenerators, insbeson­dere Taktgenerators eine digitalen Fernmeldevermittlungs­stelle auf einen Referenztakt, der aufgrund seiner Übertragung mit periodischen Phasenschwankungen (Jitter und Wander) be­haftet ist, mit Hilfe einer digitalen mikroprozessorgesteuerten Phasenregelschaltung, die die hochfrequenten der periodischen Phasenschwankungen durch Mittelwertbildung über festgelegte Meßzeitspannen eliminiert,
gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:

a) Bei Unterbrechung des Referenztaktes (fR) wird der spannungs­gesteuerte Oszillator (VCO) der Phasenregelschaltung (PLL), dessen Ausgangstakt (fn) den Takt des Taktgenerators be­stimmt, mit der bis dahin gültigen Stellwertspannung weiter betrieben,

b) bei einer Wiederkehr des Referenztaktes (fR) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, wodurch sich ein Umschalten auf einen anderen Referenztakt erübrigt, wird der Phasendiskrimi­nator auf Mitte gesetzt und die aktuelle Phasenabweichung zwischen Referenztakt (fR und Ausgangstakt (fn) über eine Meßzeitspanne T bestimmt, deren Dauer so bemessen ist, daß der durch hochfrequente periodische Phasenschwankungen (Jitter) verursachte Restfehler hinreichend klein ist,

c) der Wert der zum Zeitpunkt der Unterbrechung vorliegenden Phasenabweichung von Referenztakt (fR) und Ausgangstakt (fn) des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO), der über die Zwischenzeit hinweg gespeichert worden ist, wird zur Korrektur der gemäß Merkmal b) ermittelten Phasenabweichung herangezogen,

d) der gemäß Merkmal c) erhaltene korrigierte Phasenabweichungs­wert wird der wiederaufgenommenen Frequenzregelung als Offset-Wert zugrunde gelegt.

Zeichnung